干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究

膨胀土的变形特性包括裂隙性和胀缩性,其中开裂和收缩特性对于膨胀土边坡变形研究具有重要的作用。取陕西汉中十天高速公路边坡膨胀土进行室内干湿循环试验,研究不同干湿循环次数下脱湿过程中膨胀土的开裂、收缩特性,观察脱湿完全后裂隙的扩展特性,探讨收缩的方向性随干湿循环次数和初始含水率的变化规律。结果表明:前2次干湿循环脱湿过程中,裂隙与收缩开展剧烈;脱湿过程中裂隙面积率先增大后减小,第1次干湿循环的裂隙面积率峰值最小,且出现时间较早;脱湿过程中收缩面积率先增大,后趋于平缓,随着干湿循环次数的增加,收缩面积率逐渐增大直至第三次干湿循环趋于稳定,前2次干湿循环其差值最大;随着干湿循环次数的增加,试样的变形量逐渐增大,收缩比开裂更早趋于稳定;裂隙的宽度和长度近似正态分布,裂隙面积概率随着裂隙面积增加逐渐减小;膨胀土的收缩具有明显的各向异性性质,初始含水率越高,各向异性表现越明显。

红山窑船闸红砂岩初始损伤细观特性量化研究

为了研究红砂岩的初始损伤效应,对红砂岩进行细观损伤单轴压缩试验,同步多方位观测细观裂纹演化过程,利用数字图像相关技术处理不同含水率下红砂岩试样动态变形过程中灰度分布图,得到孔隙面积比、应变以及含水率之间的相互关系;探讨孔隙面积比与损伤变量之间的联系,进而推导了红砂岩损伤变量随含水率变化的计算公式,定量评价不同含水率下红砂岩的初始损伤程度。结果表明:红砂岩初始损伤效应显著,且随含水率的增大初始损伤呈对数增长,在研究岩体损伤特征时应当充分考虑初始损伤效应。

钢筋组合方式对混凝土保护层锈胀开裂影响

钢筋锈蚀是引发混凝土结构劣化的主要原因之一。给出一个二维的扩散-力学模型,通过有限元软件将氯离子侵蚀引起的非均匀腐蚀膨胀层作为位移荷载,模拟钢筋锈胀对周围混凝土的力学作用。基于该模型,分析不同钢筋组合对保护层锈胀开裂的影响。结果表明:不同钢筋组合会造成不同的裂缝扩展路径;根数少且直径大的钢筋组合不仅能延缓裂缝出现和贯通时间,而且有利于减小表面最大裂缝宽度和钢筋截面损失率。

部分充填混凝土-钢箱连续组合梁裂缝特征

对5根部分充填混凝土-钢箱连续组合梁进行静力加载试验,研究组合梁在负弯矩作用下的混凝土面板的裂缝开裂和发展特征.根据试验结果与理论分析,综合考虑力比、栓钉间距对部分充填混凝土-钢箱连续组合梁裂缝特征的影响,对比负弯矩区裂缝宽度试验值与各文献计算值.结果表明:力比对裂缝最大宽度的影响较大,栓钉可引起次生裂缝的产生,故应将力比及栓钉连接件的间距作为部分充填混凝土-钢箱组合梁中支座区最大裂缝宽度计算的重要参数.

基于DIC的工程水泥基复合材料弯曲损伤分析

利用三点弯曲试验分析了不同粉煤灰用量下工程水泥基复合材料(ECC)的弯曲性能,同时采用数字图像相关(DIC)技术记录和分析了不同粉煤灰用量下ECC在弯曲试验过程中水平、竖向应变云图的演化和裂缝的产生、扩展和贯穿过程,并提出利用开裂面积比和分形维数表征ECC的损伤程度.试验结果表明,ECC在弯曲荷载作用下具有应变硬化特性,且随着粉煤灰掺量的增加,材料的弯曲强度和最大裂缝宽度先增加后减小,但材料的挠度、断裂能、弯曲韧性和开裂面积比值逐渐增加,这说明粉煤灰能够有效改善材料的变形性能.此外,通过DIC技术分析得到的应变云图能够直观表征ECC应变演化及裂缝产生、扩展和贯通过程,开裂面积比和分形维数能够有效表征ECC的损伤程度.

考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗规律研究

为模拟降雨条件下裂隙性黏土中的雨水入渗过程,基于双孔隙域入渗理论和Green-Ampt入渗模型,引入土体裂隙平面几何参数,提出考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗模型,探究降雨强度、土体裂隙面积率和裂隙域饱和渗透系数对土体基质域与裂隙域积水时间、入渗量和入渗深度的影响,揭示土体干缩开裂后的优势流入渗规律。结果表明:提出的考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗模型形式简单、计算方便、物理意义明确且较好地体现了土体裂隙对雨水入渗过程的影响;降雨强度增大,土体基质域与裂隙域两域积水时间缩短,入渗量和入渗深度增幅较小;土体裂隙面积率增大,土体基质域积水时间不变、裂隙域积水时间延长,且土体基质域与裂隙域的入渗量分别与土体裂隙面积率呈反比和正比;土体裂隙域饱和渗透系数增大对土体基质域入渗的影响较小,仅导致土体裂隙域积水时间延长,入渗量和入渗深度增大;土体裂隙域优势流最终入渗量和入渗深度对降雨强度变化的响应不敏感,主要受土体裂隙面积率和裂隙域饱和渗透系数的控制。

体表比对混凝土开裂风险的影响研究

研究了体表比对混凝土干燥收缩的影响以及混凝土轴向抗拉强度和弹性模量与龄期的关系,建立了混凝土收缩预测公式,计算了混凝土内部收缩应力,评价了体表比对混凝土开裂风险的影响。结果表明:混凝土轴向抗拉强度和弹性模量与龄期均成双曲线关系,且相关性较高。随着试件体表比的降低,混凝土的干燥收缩值增加,内部收缩应力增大,其开裂风险提高。

探地雷达在公路路面裂缝检测中的应用

为避免光照、天气等因素对公路路面裂缝检测造成影响,文中将探地雷达技术应用至该领域中,以探地雷达工作原理为基础,计算介电常数,以此确定裂缝的位置和大小,然后通过确定检测区域、雷达数据采集、生成路面结构层的剖面图等步骤实现公路路面裂缝检测。结果表明,检测结果与实际值之间的差距较小,说明探地雷达技术可以实时无损地检测路面内部裂缝的情况,对于公路路面的安全运行和维护具有重要意义。

全自动浸入式超声探伤在HIC评价中的应用

传统的氢致开裂(HIC)试样评价方法参考标准NACE TM0284,将试样进行4等分,金相检查3个截面上的裂纹,计算出CLR、CTR、CSR等3个裂纹率。在HIC评价中引入了全自动浸入式超声探伤技术,对试样进行了全面的评价,对裂纹进行了定位分析。同时,分析了全自动超声探伤的优缺点,并讨论了与传统评价方法的区别。试验材料包含了管材和板材,对氢致开裂敏感与不敏感的材料,亦比对了部分材料在不同溶液中的氢致开裂敏感程度。

水泥混凝土路面塑性收缩定量研究

主要研究了水灰比对路面混凝土塑性收缩的影响,定量测试了裂缝最大宽度、水分蒸发速度、开裂总面积等参数,并推荐了相关的评价方法,结果表明:水泥混凝土路面水灰比小于0.42时,其表层水分蒸发速度小于0.423 kg/m2.h,混凝土开裂面积显著增加。

利用最大面积收缩率对膨胀土进行判别与分类的试验研究

提出一种对膨胀土进行判别和分类的新指标——最大面积收缩率(SCR),其定义为最大面积收缩率试验中试样干燥后收缩裂隙的总面积与试样初始面积的比值。通过对不同地区土样开展试验,研究了制样初始含水率、初始厚度、接触面粗糙度以及环境温度对试验结果的影响,并对SCR作为膨胀土判别与分类指标的可信度与可靠度进行了分析,最终提出了利用SCR对膨胀土进行分类的界限指标。试验结果表明:初始含水率和界面粗糙度对SCR用于膨胀土的判别和分类没有影响;当初始厚度限制在8 mm以内时,可以忽略厚度对试验结果的影响;建议烘干温度为105℃。SCR与蒙脱石含量、阳离子交换量线性相关,能较好地反应膨胀土的胀缩特性;SCR与标准吸湿含水率和塑性指数线性相关,体现出利用SCR对膨胀土进行判别与分类具有较高的可信度。最大面积收缩率试验操作简单、周期短且可重复性高。

东营郑南斜坡带砂砾岩体储层微观特征

东营凹陷郑南斜坡带砂砾岩体是古近纪沙四段沉积时期形成的以砂、砾岩为主的近岸水下扇沉积体。储集层岩石结构成熟度和成分成熟度均较低,多为双模态和复模态结构。首先对影响储集层岩石的主要成岩作用进行了描述,分析了该砂砾岩体储集层的孔隙类型和孔隙结构特征。该类砂砾岩体储集层孔隙类型多样,孔隙结构复杂,以中-低孔隙度、低渗透率储层类型为主。

电极界面微观结构对固态锂离子电池性能的影响

为了研究固态电解质(SE)孔隙率、裂纹形式以及界面接触面积对于固态电池(SLIB)的影响,利用电阻网络方法对固态电解质(SE)微观结构建模,对SLIB采用一维电化学耦合接触面积模型,建立了一维电化学与二维固态电解质电阻网络模型,并基于该物理模型进行了电化学阻抗谱(EIS)仿真分析。通过不同几何模型来表示电解质缺陷和裂纹,用电阻网络模型计算得到离子电导率,将不同的电解质电导率输入到电池模型中,预测微观结构对于电池容量以及阻抗的影响。研究结果表明,在0°~90°范围内,裂纹角度越小,对SE的电导率影响越小;为了更方便对比裂纹形状对电导率的影响,保持裂纹面积保持不变,随着裂纹长度的生长,电导率损失逐渐上升,到达极值点后,随裂纹长度增加,电导率损失开始下降;裂纹无量纲长度小于0.25时,三角形裂纹造成的电导率损失低于矩形缺陷和椭圆形缺陷;而无量纲长度大于0.25时,三角形缺陷的影响超过矩形缺陷和椭圆形缺陷;随孔隙率增加,SE电导率快速下降,近似呈线性关系。电解质缺陷导致电池的放电电压有所下降,在EIS仿真中体现为体相电阻增加。界面接触面积的损失对于电池容量的损失更为显著,且小倍率放电时,接触面积损失对于容量损失的影响显著低于大倍率放电时。不同接触面积(1.0、0.4)下,比容量下降60.08%,而在大倍率(50 C)时,γ=1.0、0.4时,比容量下降81.95%;倍率较小时,界面面积损失的影响相对较小。界面接触面积损失导致电荷转移阻抗增加,γ从1变化至0.2时,电荷转移阻抗增加25倍,接触面积每损失0.1,电荷转移阻抗平均增加118.60Ω。与电解质缺陷相比,界面接触面积损失导致的阻抗增加更为明显。在实际应用中,界面接触面积大于0.7,电池才能保证高容量性能。研究仿真了导致SLIB阻抗增加的电解质与界面接触因素,丰富了相关研究。

整体加筋壁板裂纹的应力强度因子研究

通过基于ANSYS的整体加筋壁板三维有限元模型,系统研究了筋板面积比β(即筋条与壁板横截面积之比)以及筋条高宽比(h/b)对壁板内中心对称穿透直裂纹应力强度因子的影响。研究发现:在裂纹向两侧均匀扩展并不断靠近筋条的过程中,只有合理设计筋条尺寸,筋条才能对裂纹应力强度因子起到有效削弱作用,从而延长结构疲劳寿命。给定筋板面积比,若筋条宽或者筋条高不大于壁板厚度(h/t≤1或b/t≤1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而增大,筋条止裂作用减弱;而当筋条宽和筋条高均大于壁板厚度时(h/t>1且b/t>1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而减小,筋条止裂作用增强。基于大量有限元结果拟合的壁板裂纹应力强度因子经验公式可供工程人员进行快速估算。

抗裂网格对混凝土平板抗裂性能的影响研究

为研究网格材质、厚度、网孔尺寸等对混凝土抗裂能力的影响规律,优选出适用于混凝土的抗裂网格参数。在室内条件下,采用平板抗裂试验,研究了短切纤维、玻璃纤维网格、玄武岩纤维网格、铁丝网格四种材质,以及1mm、2mm、3mm和5mm四种网格厚度,5cm×5cm、10cm×10cm和15cm×15cm三种网孔尺寸等参数对混凝土抗裂性能的影响。结果表明:短切纤维对混凝土的抗裂性能无提升作用;玄武岩纤维网格和玻璃纤维网格的混凝土抗裂性能大于铁丝网格;网格厚度越大,混凝土的抗裂能力越强;网孔尺寸越小,混凝土的抗裂能力越强。